JP3809293B2 - Ultrasonic excitation device and ultrasonic cleaning device provided with the same - Google Patents

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JP3809293B2
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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、工業用としてシリコンウェーハ等の洗浄に用いられる超音波励振装置、特に、駆動周波数が200kHz以上の超音波励振装置及び前記超音波励振装置を備えた超音波洗浄装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
このような高い周波数帯域を利用した超音波洗浄装置は、サブミクロンのパーティクル(particle)の除去が可能である点、キャビテーションが発生しないために洗浄物へのダメージがない点、波長が短いために定在波の影響がなく斑のない洗浄効果が得られる点など、超精密洗浄が可能であることから従来より開発が進められ、実用化されている。
【0003】
従来のこの種の超音波洗浄装置として、例えば、図6に示す洗浄槽タイプのものがある。図6に示す超音波洗浄装置は、特開平10−94756号公報において開示されているものである。
【0004】
図6は、従来の超音波洗浄装置を示す一部断面を含む側面図であり、図7は、従来の超音波洗浄装置が備える従来の超音波振動発生部を示す斜視図である。以下、図6及び図7を参照して従来の超音波洗浄装置(超音波励振装置を含む)について説明する。
【0005】
図6に示すように、従来の超音波洗浄装置110は、洗浄用流体として、例えば、純水101を貯留するとともに被洗浄物を収容する処理槽102と、前記処理槽102の底部に装着された超音波振動発生部103とを備えている。
【0006】
図7にも示すように、超音波振動発生部103は、略直方体状の導波体105と、矩形板状に形成され、前記導波体105に対して接着剤等により結合された振動子104とを有し、前記導波体105側が接液する状態で前記処理槽102の底部に形成された開口部102aに挿通されている。前記導波体105には、全周にわたってフランジ部105aが形成されており、前記フランジ部105aと前記処理槽102の底部との間にパッキン106が介装されて処理槽102の底部に密着固定されている。前記パッキン106は、液密及び吸振部材として作用するものである。
【0007】
前記振動子104は、PZT(piezoelectric:圧電)素子等からなり、発振器107(図6参照)によって所定の駆動周波数の電圧が印加されると、この周波数の超音波振動を発生する。前記駆動周波数は、極めて高く設定されており、例えば、1MHzになっている。前記振動子104及び前記導波体105からなる超音波振動発生部103と、前記発振器107とにより、超音波励振装置が構成されている。
【0008】
前記導波体105は、例えば、ジュラルミンから形成され、厚さH、すなわち、振動子104から発生する超音波振動の進行方向における寸法が前記超音波振動の半波長(λ/2)の略整数倍、理想的にはちょうど整数倍に設定され、共振長になっている。そして、前記導波体105は、前記振動子104が発生する前記超音波振動に共振して前記純水101に超音波振動を導いて励振し、前記純水101中に浸漬されている被洗浄物、例えば、シリコンウェーハ(図示せず)が洗浄される。
【0009】
ここで、前記半波長(λ/2)は次のように算出される。
λ/2=C/2f
ただし、
λ:1波長
C:ジュラルミンの音速度=5.15×105cm
f:周波数=106Hz
したがって、λ/2=2.6mmである。
【0010】
従来の前記導波体105は、前記厚さHが53mmに設定されている。つまり、半波長λ/2(約2.6mm)の約20倍になっており、厚さHの値が大きく設定されている。したがって、前記導波体105が比較的大きい音響インピーダンスを有しており、前記導波体105の上方に外部負荷として存在する前記純水101が何らかの原因によって不足して、液面101aが前記導波体105の上面よりも下方に低下した場合でも、空焚き状態、すなわち、装置全体としての音響インピーダンスが低下して前記振動子104の振動が大きくなるとともに、実効出力が増大して発熱することを抑制可能なものになっている。前記導波体105の音響インピーダンスは、具体的には次式
Rma1<Rma2<Rma3 ・・・(1)
ただし、
Rma1:振動子104の音響インピーダンス
Rma2:導波体105の音響インピーダンス
Rma3:純水101の音響インピーダンス
を満たす状態に設定されている。
【0011】
前記実効出力の増大を抑制する作用は、次の式から明らかである。
Pa=Va2/Rma ・・・(2)
Rma=Rma1+Rma2+Rma3 ・・・(3)
ただし、
Pa:実効出力
Va:印加電圧(一定)
Rma:洗浄装置全体(純水101を含む)としての音響インピーダンス
【0012】
すなわち、前記純水101が減少して、音響インピーダンスRma3の値がほぼゼロになっても、前記導波体105が所要の大きさの音響インピーダンスRma2を有することから、実効出力Paが大きく増大することがない構成になっている。
【0013】
また、前記フランジ部105aには、前記導波体105を冷却する手段として、前記導波体105の長手方向に沿って一対の貫通孔105bが形成されている。前記貫通孔105bの一端には、それぞれ、ニップル108aが螺合しており、他端側には、それぞれ、ニップル108bが螺合している。
【0014】
そして、前記ニップル108aに接続したチューブ109aを通じて前記貫通孔105b内に冷却用流体として、例えば、純水が供給されるとともに、前記ニップル108bに接続したチューブ109bを通じて、冷却用流体としての前記純水が排出される構成になっている。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
従来の前記超音波洗浄装置110は、以下のような利点を有している。
【0016】
▲1▼前記導波体105の厚さHが大きく設定されており、前記導波体105が比較的大きい音響インピーダンスを有している。したがって、前記導波体105の上方に外部負荷として存在する前記純水101が何らかの原因によって不足して、前記液面101aが前記導波体105の上面よりも下方に低下した場合でも、空焚き状態、すなわち、装置全体としての音響インピーダンスが低下して前記振動子104の振動が大きくなるとともに、実効出力が増大して発熱することを抑制可能なものになっている。すなわち、前記振動子104を前記導波体105に固着している接着剤が劣化して剥離することや、前記振動子104自体が熱によって割れを生じることを防止することができるものになっている。
【0017】
▲2▼前記導波体105の冷却手段として、前記フランジ部105aに一対の貫通孔105bが形成され、純水等の冷却用流体を供給可能な構成を備えていることから、前記振動子104に悪影響を与える熱を可能な限り除去することができるとともに、一対の前記貫通孔105bは、前記導波体105から突出する状態に形成された前記フランジ部105aに設けられていることから、前記導波体105が伝導する超音波振動に減衰等の悪影響を与えることがない構成になっている。
【0018】
▲3▼空焚き防止のためにセンサー等からなるインターロック設備を設ける必要がないことから、保守が極めて容易なものになっている。
【0019】
一方、近年、各種装置を設置するスペースの効率を向上させるために、装置自身の小型化が求められており、この点から前記超音洗浄装置110等の装置についても一層の小型化が検討されている。
【0020】
しかしながら、従来の前記超音波洗浄装置110は、前記超音波励振装置を構成する前記導波体105の全周にわたって前記フランジ部105aが形成されている。前記フランジ部105aは、前記導波体105から突出する状態に形成されていることから、前記冷却手段を設ける部位としての利点を有する一方で、前記導波体105と前記処理槽102との取付部位が大きくなり、前記超音波洗浄装置110全体が大型化してしまう傾向がある。
【0021】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであって、洗浄用流体が減少した場合でも、実効出力の増大を確実に抑制することができるとともに、伝達する超音波振動に減衰等の悪影響を与えずに、かつ、小型化を達成することができる超音波励振装置を提供することを目的とする。また、前記超音波励振装置を備え、装置全体の小型化を達成することができる超音波洗浄装置を提供することを目的とする。
【0022】
【課題を解決するための手段】
本発明の超音波励振装置は、200kHz以上の超音波振動を発生する振動子と、前記振動子と結合して前記超音波振動を外部負荷に導く導波体と、前記導波体を冷却する冷却手段とを有する超音波励振装置であって、前記冷却手段は、前記導波体の内部に形成されて冷却用流体が流入する空洞部を有し、前記空洞部は、前記超音波振動の進行方向における寸法が前記冷却用流体の音速度に基づく前記超音波振動の半波長の整数倍であり、かつ、前記導波体の前記振動子を有する上面から前記空洞部の上端部までの大きさ及び前記空洞部の下端部から前記導波体の前記上面と対向する底面までの大きさが前記導波体の素材の音速度に基づく前記超音波振動の半波長の整数倍であるものである。
【0023】
また、前記空洞部は、直方体状または立方体状であって、前記振動子に対して前記超音波振動の進行方向に垂直な二方向において平行に形成されているものである。
【0024】
また、前記導波体の外周面は面一である。
【0025】
また、前記導波体は、ジュラルミン、ステンレス、石英、アルミニウム、アルミニウム合金、タンタル、チタンから選択する1の素材からなるものである。
【0026】
また、前記導波体は、前記超音波振動の進行方向における寸法が前記導波体の素材の音速度に基づく前記超音波振動の半波長の整数倍の大きさを有し、前記振動子、前記導波体及び前記外部負荷の音響インピーダンスをそれぞれ、Rma1、Rma2及びRma3としたときに次式Rma1<Rma2<Rma3を満たすものである。
【0027】
また、本発明の超音波励振装置は、前記振動子を囲繞する密閉ケースを有するものである。
【0028】
また、本発明の超音波洗浄装置は、洗浄用流体を貯留する処理槽と、前記洗浄用流体を励振する超音波励振装置とを備えた超音波洗浄装置であって、前記超音波励振装置は、200kHz以上の超音波振動を発生する振動子と、前記振動子と結合して前記超音波振動を前記洗浄用流体に導く導波体と、前記導波体を冷却する冷却手段とを備え、前記冷却手段は、前記導波体の内部に形成されて冷却用流体が流入する空洞部を有し、前記空洞部は、前記超音波振動の進行方向における寸法が前記冷却用流体の音速度に基づく前記超音波振動の半波長の整数倍であり、かつ、前記導波体の前記振動子を有する上面から前記空洞部の上端部までの大きさ及び前記空洞部の下端部から前記導波体の前記上面と対向する底面までの大きさが前記導波体の素材の音速度に基づく前記超音波振動の半波長の整数倍であるものである。
【0029】
また、本発明の超音波洗浄装置は、洗浄用流体を連続的に供給するとともに、前記洗浄用流体が噴出するノズルを有するシャワー装置と、前記洗浄用流体に超音波振動を付与する超音波励振装置とを備えた超音波洗浄装置であって、前記超音波励振装置は、200kHz以上の超音波振動を発生する振動子と、前記振動子と結合して前記超音波振動を前記洗浄用流体に導く導波体と、前記導波体を冷却する冷却手段とを備え、前記冷却手段は、前記導波体の内部に形成されて冷却用流体が流入する空洞部を有し、前記空洞部は、前記超音波振動の進行方向における寸法が前記冷却用流体の音速度に基づく前記超音波振動の半波長の整数倍であり、かつ、前記導波体の前記振動子を有する上面から前記空洞部の上端部までの大きさ及び前記空洞部の下端部から前記導波体の前記上面と対向する底面までの大きさが前記導波体の素材の音速度に基づく前記超音波振動の半波長の整数倍であるものである。
【0030】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の第1実施例として、洗浄槽タイプの超音波洗浄装置(超音波励振装置を含む)を図1及び図2を参照して説明する。
【0031】
図1は、本発明の第1実施例である洗浄槽タイプの超音波洗浄装置を示す一部断面を含む側面図であり、図2は、本発明の第1実施例である洗浄槽タイプの超音波洗浄装置が備える超音波振動発生部を示す斜視図である。
【0032】
図1に示すように、前記超音波洗浄装置10aは、洗浄用流体として、例えば、純水1を貯留するとともに、被洗浄物を収容する処理槽3と、前記処理槽3の底部に装着された超音波振動発生部5とを備えている。
【0033】
図2にも示すように、前記超音波振動発生部5は、直方体状に形成された導波体9と、矩形板状に形成され、片面側で前記導波体9に対して接着剤等により結合された振動子7とを有している。
【0034】
図1に示すように、前記超音波振動発生部5は、前記導波体9側が接液する状態で前記処理槽3の底部に形成された開口部3aに挿通されており、面一状の前記導波体9の外周面9aと前記開口部3aの内縁3bとの間にパッキン14が全周にわたって介装されて前記処理槽3の底部に密着固定されている。
【0035】
前記パッキン14は、液密及び吸振部材として作用するものであり、前記パッキン14の界装位置、すなわち、前記超音波振動発生部5の前記処理槽3の底部に対する取付位置は、この場合、前記導波体9に形成された空洞部9cより下方に位置している。前記空洞部9cの詳細については、後述する。
【0036】
前記振動子7は、発振器12によって所定の駆動周波数の電圧が印加されると、この周波数の超音波振動を発生する。前記駆動周波数は、200kHz以上の極めて高い値に設定されており、本実施例では、1MHzになっている。前記振動子7及び前記導波体9からなる超音波振動発生部5と、前記発振器12と、後述する前記導波体9の冷却手段とにより、超音波励振装置が構成されている。
【0037】
前記導波体9は、前記振動子7が発生する超音波振動に共振し、前記超音波振動を前記純水1に導く部材として作用する。なお、本実施例では、前記導波体9は、前記超音波振動を前記純水1に伝達するのみであり、機械的に増幅する作用は有していないが、形状等を適宜変更して増幅機能をもたせてもよい。
【0038】
前記導波体9は、ジュラルミンやステンレス鋼(SUS)を素材として形成される。本実施例では、より好ましい例としてジュラルミンを使用している。また、前記導波体9は、従来の前記導波体105と同様に、厚さH、すなわち、前記振動子7から発生する超音波振動の進行方向における寸法が、前記導波体9の素材、この場合、ジュラルミンの音速度に基づいて計算される超音波振動の半波長(λ/2)の略整数倍、理想的にはちょうど整数倍に設定され、共振長になっている。
【0039】
前記厚さHは、従来の前記導波体105と同様に、本実施例においても53mmになっており、半波長λ/2(約2.6mm)の約20倍に設定されている。すなわち、前記厚さHを大きく設定することにより、前記導波体9が、比較的大きな音響インピーダンスを有するものになっている。また、前記導波体9の音響インピーダンスは、従来の前記導波体105と同様に、具体的には、前記式(1)を満たす状態に設定されている。
【0040】
前記厚さHの値は、前記導波体9の上方に存在する外部負荷としての前記純水1が有する音響インピーダンスとの関係や、伝達する超音波エネルギーの大きさ等に応じて任意に変更可能である。ちなみに、従来、本実施例のような高い周波数帯域では超音波エネルギーの浪費、つまり発熱量が大きく、例えば、半波長の2〜3倍の厚さにすることが限度であると常識的に認識されていた。
【0041】
本実施例では、前記導波体9をジュラルミンを素材として形成しているが、ジュラルミンは、密度(ρ)が約2.8g/cm3 であり、鉄やステンレス鋼と比較して約1/3になっている。すなわち、高い周波数の超音波振動に対して大変ロスの少ない材質であり、前記厚さHを大きく設定した前記導波体9の素材として好適である。ただし、導波体として適用可能であり、ジュラルミンと同等、または、それ以下の密度を有する材質であれば使用可能であることはもちろんであり、例えば、石英、アルミニウム、アルミニウム合金等を使用してもよい。また、使用する洗浄用流体に対応して、導波体の材質の耐食性を大きくしたい場合には、例えば、タンタル、チタン等が使用可能である。
【0042】
また、図2に示すように、前記導波体9の前記振動子7から発生する超音波振動の進行方向(前記厚さHの方向)に対して直角な方向における寸法、すなわち、長さL及び幅Wは、本実施例では、それぞれ、136mm、40mmに設定されており、半波長λ/2(約2.6mm)のそれぞれ、約52倍、約15倍になっているが、前記長さL及び前記幅Wは、被洗浄物の大きさや前記処理槽3の大きさに応じて可変である。
【0043】
すなわち、前記長さL及び前記幅Wは、例えば、前記振動子7の駆動周波数に20kHzのように比較的低い周波数帯を使用するものと仮定すると、前記導波体9がポアソン(poisson)比の影響によって横振動することを抑制するために、λ/3以下の大きさに設定する必要がある。また、前記長さL及び前記幅Wを大きく設定したい場合には、λ/3以下のピッチでスリットを形成し、あたかもλ/3以下の寸法の小さな導波体が互いに振動の影響を及ぼし合わない状態で結合したような形態をとる必要がある。これは、横振動の発生によって導波体自体で振動エネルギーが消費されることを防ぐとともに、横振動が伴わないきれいな縦振動を前記純水1に付与するためである。
【0044】
一方、200kHz以上の極めて高い周波数、例えば、本実施例で設定している1MHzの駆動周波数では、前記ポアソン比の悪影響、すなわち、横振動の発生がないことが本願出願人による実験から確かめられており、前記導波体9の前記長さL及び前記幅Wは、理論的には、無制限に大きくすることができる。したがって、前記導波体9は、スリットを形成する必要がなく、前記長さL及び前記幅Wを任意に設定してλ/3以上の大きさにすることができるものになっている。
【0045】
次に、本発明の超音波励振装置が備える前記導波体9の冷却手段について説明する。
【0046】
図1及び図2に示すように、前記導波体9の厚さH方向の中央部には、前記導波体9の長手方向(前記長さL方向)に沿って、偏平直方体状の空洞部9cが前記振動子7から発生する超音波振動の進行方向と直交する状態で貫通している。前記空洞部9cは、幅方向(幅W0方向)及び長手方向(長さL方向)において、前記振動子7に対して平行に形成されている。
【0047】
前記空洞部は9cは両端が蓋体9d及び蓋体9eにより閉じられている。前記蓋体9d及び前記蓋体9eは、例えば、ジュラルミン等から形成され、前記空洞部9cの両端部に溶接等により取り付けられている。
【0048】
また、一方の前記蓋体9dには一対のニップル28aが螺合し、他方の前記蓋体9eには、一対のニップル28bが螺合している。一対の前記ニップル28aには、それぞれ、チューブ30aが連通しており、前記ニップル28a及び前記チューブ30aを通じて冷却流体として、例えば、純水が前記空洞部9c内に供給されて流入する。また、一対の前記ニップル28bには、それぞれ、チューブ30bが連通しており、前記ニップル28b及び前記チューブ30bを通じて、前記空洞部9c内に供給された純水が排出される構成になっている。すなわち、前記空洞部9c内に流入した冷却用流体が前記空洞部9c内を流動することにより、前記導波体9の冷却が行われる構成になっている。
【0049】
また、図2に示すように、給水側の前記チューブ30aは、ソケット33aから分岐しており、より太いホース34aを経て給水源から供給される純水を導く。また、排水側の前記チューブ30bはソケット33bによりまとめられており、他の太いホース34bを経て使用後の冷却用流体、この場合、純水を排水する構成になっている。
【0050】
なお、排水側の前記チューブ30bを設けずに、前記空洞部9cから排出される純水を前記処理槽3内に注ぐ構成にしてもよい。この場合、前記処理槽3内に注がれた純水は、前記処理槽3の上縁から、いわゆるオーバーフロー方式で徐々に排出される。すなわち、他の給水設備を設ける必要がないことから、コストを低減することができる。
【0051】
前記空洞部9cは、本実施例では、超音波振動の進行方向(前記導波体9の厚さH方向)における高さH0 が6.0mm、超音波振動の進行方向に直交する方向(前記導波体9の幅W方向)における幅W0 が、36mmに設定されている。また、前記導波体9の上面である前記振動子7を有する面から前記空洞部9cの上端部までの高さH1及び前記空洞部9cの下端部から前記導波体9の底面である前記上面に対向する面までの高さH2は、それぞれ、23.5mmになっている。
【0052】
前記高さH1及び前記高さH2は、前記導波体9の厚さHと同様に、前記導波体9の素材であるジュラルミンの音速度(5.15×105cm)に基づいて計算される前記振動子7から発生する超音波振動の半波長λ/2(約2.6mm)の略整数倍、この場合、約9倍に設定されており、共振長になっている。
【0053】
一方、前記空洞部9cの前記高さH0、すなわち、超音波振動の進行方向(前記導波体9の厚さH方向)における寸法については、前記空洞部9c内に流入する冷却用流体、この場合、純水の音速度に基づいて計算される前記振動子7から発生する超音波振動の半波長λ/2の略整数倍、理想的にはちょうど整数倍になっている。
【0054】
ここで、純水の音速度に基づく超音波振動の半波長(λ/2)は、次式により算出される。
λ/2=C/2f
ただし、
λ:1波長
C:純水の音速度=1.5×105cm
f:周波数=106Hz
したがって、λ/2=0.75mmである。
【0055】
すなわち、前記空洞部9cの前記高さH0は、純水の音速度に基づいて計算される超音波振動の半波長(λ/2)の約8倍になっており、共振長に設定されている。
【0056】
なお、前記空洞部9cの前記幅W0は、本実施例では、純水の音速度に基づく超音波振動の半波長(λ/2)の約48倍になっているが、200kHz以上の極めて高い周波数、例えば、本実施例で設定している1MHzの駆動周波数では、ポアソン比の悪影響、すなわち、横振動の発生がないことから、前記導波体9の前記長さL及び前記幅Wと同様に任意に設定することが可能である。
【0057】
また、本実施例では、前記空洞部9cは偏平直方体状に形成され、前記超音波振動の進行方向に垂直な二方向、すなわち、幅方向(幅W0方向)及び長手方向(長さL方向)において前記振動子7に対して平行になっているが、前記空洞部9cの前記振動子7に対する幅方向(幅W0方向)及び長手方向(長さL方向)における平行度は、プラスマイナス約3度以内に設定することが好ましい。
【0058】
このように、超音波振動の進行方向における前記空洞部9cの寸法を前記空洞部9c内を流れる冷却用流体の音速度から計算される共振長に設定することによって、前記導波体9の内部に前記空洞部9cが形成されて前記導波体9内に冷却用流体が存在しても、前記導波体9は前記振動子7が発生する超音波振動に効率よく共振し、洗浄用流体に超音波振動を付与することができる。
【0059】
また、前記空洞部9cは、偏平直方体状の角穴に形成され、かつ、前記振動子7に対して、前記超音波振動の進行方向に垂直な二方向、すなわち、幅方向(幅W0方向)及び長手方向(長さL方向)において平行であることから、前記振動子7が発生する超音波振動の減衰や反射がなく、洗浄用流体に対して効率よく超音波振動を付与することができる。
【0060】
なお、本実施例では、前記空洞部9cが偏平直方体状の角穴を一つだけ設けた構成になっているが、超音波振動の進行方向における大きさを前記空洞部9c内に流入する冷却用流体の音速度から計算される共振長の寸法に設定し、かつ、前記振動子7に対して、前記超音波振動の進行方向に垂直な二方向、すなわち、幅方向(幅W0方向)及び長手方向(長さL方向)において平行に形成した直方体状または立方体状の角穴を複数設けてもよい。
【0061】
また、前記空洞部9cを形成する位置、すなわち、前記導波体9の前記振動子7を有する面から前記空洞部9cの上端部までの高さH1及び前記空洞部9cの下端部から前記導波体9の底面である前記上面に対向する面までの高さH2は、前記導波体9を構成する素材の音速度に基づいて計算される超音波振動の共振長であれば、適宜可変である。
【0062】
前記空洞部9c等からなる冷却手段は、前記導波体9が自己共振することによって、高熱とはならないながらもある程度は熱を帯びることに対して設けられたものであり、前記空洞部9cを前記導波体9の内部に設けたことによって、前記導波体9に対する冷却効果が高く、前記振動子7に悪影響を与える熱を高効率で除去することができるものになっている。
【0063】
次に、前記導波体9を励振する前記振動子7について説明する。
【0064】
図2から明らかなように、前記振動子7の長さ及び幅は、前記導波体9の長さL、幅Wとほぼ等しく、厚みtは、本実施例では、約2mmに設定されている。
【0065】
前記振動子7は、PZT(piezoelectric:圧電)素子16と、前記PZT素子16の上下両面に全面にわたって貼着された電極板17及び電極板18有し、前記PZT素子16と、上側の前記電極板17の角部の一つが切除されている。そして、この切除部分において、下側の前記電極板18が前記電極板17との間に弧状の隙間20を有する状態で上側、すなわち、前記電極板17と同一平面上に折り返されて電極部18aになっている。
【0066】
また、前記発振器12(図1参照)から所定駆動周波数の電圧を印加するための2本の送電ワイヤ22a及び送電ワイヤ22bのいずれか一方ずつが、前記電極板17の所定位置及び前記電極板18の前記電極部18aに接続されている。
【0067】
上述の構成からなる本発明の第1実施例である前記超音波洗浄装置10aは、前記発振器12から印加された高周波の電圧により前記振動子7が励振され、超音波振動が発生する。そして、発生した超音波振動は、前記導波体9を介して前記処理槽3内の洗浄用流体である前記純水1に伝達されて前記純水1中に浸漬されている被洗浄物、例えば、シリコンウェーハ等が洗浄される構成になっている。
【0068】
前記超音波洗浄装置10aは、例えば、以下のような効果を奏する。
【0069】
▲1▼従来の前記導波体105と同様に、本発明の超音波励振装置が備える前記導波体9は、厚さHが大きく設定されており、前記導波体9が前記式(1)を満たす比較的大きい音響インピーダンスを有している。したがって、前記導波体9の上方に外部負荷として存在する洗浄用流体としての前記純水1が何らかの原因によって不足して、液面1aが前記導波体9の上面よりも下方に低下した場合でも、空焚き状態、すなわち、装置全体としての音響インピーダンスが低下して前記振動子7の振動が大きくなるとともに、実効出力が増大して発熱することを抑制することができる。すなわち、前記振動子7を前記導波体9に固着している接着剤が劣化して剥離することや、前記振動子7自体が熱によって割れを生じることを防止することができるものになっている。
【0070】
▲2▼前記導波体9の内部に前記空洞部9cが形成され、純水等の冷却用流体を供給可能な構成を備えていることから、前記導波体9に対する冷却効果が高く、前記振動子7に悪影響を与える熱を高効率で除去することができる。また、前記空洞部9cは、超音波振動の進行方向における寸法が前記空洞部9c内に流入する純水等の冷却用流体の音速度から計算される共振長に設定され、かつ、前記振動子7に対して、前記超音波振動の進行方向に垂直な二方向、すなわち、幅方向(幅W0方向)及び長手方向(長さL方向)において平行な直方体状の角穴になっていることから、前記導波体9は、前記振動子7が発生する超音波振動に効率よく共振するとともに、前記振動子7が発生する超音波振動の減衰や反射がなく、前記純水1等の洗浄用流体に対して高効率で超音波振動を付与することができるものになっている。
【0071】
▲3▼前記導波体9の冷却手段である前記空洞部9cが前記導波体9の内部に形成され、前記導波体9の前記外周面9aは面一になっていることから、前記導波体9と前記処理槽3との取付部位が小さく、前記超音波洗浄装置10a全体の小型化が可能である。また、従来と同じ大きさの洗浄槽に取り付けた場合でも、洗浄槽内の有効体積を大きくすることができる。
【0072】
▲4▼空焚き防止のためにセンサー等からなるインターロック設備を設ける必要がないことから、保守が極めて容易なものになっている。
【0073】
次に、本発明の第2実施例として、前記第1実施例と同様の効果を奏するノズルシャワータイプの超音波洗浄装置について、図3及び図4を参照して説明する。
【0074】
図3は、本発明の第2実施例としての超音波洗浄装置を示す一部断面を含む側面図であり、図4は、本発明の第2実施例としての超音波洗浄装置を示す一部断面を含む正面図である。ただし、図3及び図4において、第1実施例と同一または対応する構成部分については、同じ参照符号を用いて示している。また、以下の説明において、第1実施例と説明が重複する部分については省略して要部について説明する。
【0075】
図3及び図4に示すように、本発明の第2実施例としての超音波洗浄装置10bは、カバー45内に前記超音波振動発生部5が内蔵されている。前記カバー45は、内部空間が隔壁45aによって上下2層に隔てられ、前記超音波振動発生部5が備える前記振動子7が上層47側に位置しており、前記導波体9が下層48側に位置している。前記超音波振動発生部5は、前記カバー45の側部45c及び前記隔壁45aの内縁45dと、前記導波体9の前記外周面9aとの間に前記パッキン14が全周にわたって介装されて前記カバー45に対して密着固定されている。前記パッキン14は前記上層47側の液密性を確保するとともに、吸振部材として作用するものであり、前記パッキン14の界装位置、すなわち、前記超音波振動発生部5の前記カバー45に対する取付位置は、この場合、前記導波体9に形成された前記空洞部9cより上方に位置している。
【0076】
前記下層48には、前記カバー45の側部に設けられたソケット50を通じて洗浄用流体、例えば、前記純水1が連続的に注入され、この注入された前記純水1に対して前記導波体9によって超音波振動が付与される。
【0077】
超音波振動が付与された前記純水1は、カバー45のノズル45bから矢印F方向に噴出してシャワーとして供給される。前記ノズル45bを含む前記カバー45と、前記カバー45内に前記純水1を連続的に供給するポンプ等(図示せず)とを、シャワー装置と総称する。
【0078】
本発明の第2実施例としての前記超音波洗浄装置10bは、被洗浄物、例えば、シリコンウェーハが前記ノズル45bから噴出するシャワーにさらされて洗浄される構成になっている。前記超音波洗浄装置10bにおいても、本発明の第1実施例としての前記超音波洗浄装置10aと同様の作用効果が得られる。
【0079】
すなわち、例えば、
▲1▼前記導波体9の厚さHが大きく設定され、前記導波体9の音響インピーダンスが前記式(1)を満たす比較的大きいものになっている。したがって、前記導波体9の外部負荷として存在する洗浄用流体としての前記純水1の供給量が不足した場合や、前記導波体9の下面、すなわち、振動面に沿って泡53が溜まった場合でも、実効出力の増大による発熱を抑制することができる。
【0080】
▲2▼前記導波体9の内部に冷却手段としての前記空洞部9cを有することから、前記導波体9に対する冷却効果が高く、前記振動子7に悪影響を与える熱を高効率で除去することができる。また、前記空洞部9cは、前記振動子7に対して前記超音波振動の進行方向に垂直な二方向、すなわち、幅方向(幅W0方向)及び長手方向(長さL方向)において平行な直方体状に形成され、超音波振動の進行方向における寸法が前記空洞部9c内に流入する冷却用流体の音速度から計算される共振長になっていることから、前記振動子7が発生する超音波振動に対して前記空洞部9c内の冷却用流体を含む前記導波体9全体が共振して、洗浄用流体に効率よく超音波振動を伝達することができる。
【0081】
▲3▼前記導波体9の前記外周面9aが面一であることから、前記導波体9と前記カバー45との取付部位が小さく、前記超音波洗浄装置10b全体の小型化を達成することができる。
【0082】
▲4▼空焚き防止のためにインターロック設備を設ける必要がないことから、保守が極めて容易である。
等の作用効果を奏するものになっている。
【0083】
次に本発明の第3実施例として、投入タイプの超音波励振装置について図5を参照して説明する。
【0084】
図5は、本発明の第3実施例としての投入タイプの超音波励振装置を示す一部断面を含む側面図である。ただし、図5において、第1実施例及び第2実施例と同一または対応する構成部分については、同じ参照符号を用いて示している。また、以下の説明において、第1実施例及び第2実施例と説明が重複する部分については省略して要部について説明する。
【0085】
図5に示すように、本発明の第3実施例としての超音波励振装置10cは、前記振動子7及び前記導波体9からなる前記超音波振動発生部5の下半分、すなわち、前記振動子7を含む部分を囲繞して液密性を保持する密閉ケース55を有しており、前記導波体9の発振面が前記密閉ケース55の外に露出した状態になっている。前記超音波励振装置10cは、前記密閉ケース55を含む前記超音波振動発生部5と、前記振動子7に所定周波数の電圧を印加する前記発振器12と、前記導波体9の前記冷却手段とにより構成されている。
【0086】
前記超音波励振装置10cは、前記密閉ケース55を含む前記超音波振動発生部5を前記処理槽3内の洗浄用流体、例えば、前記純水1中に投入して使用する構成のものである。そして、被洗浄物としてのシリコンウェーハ等を前記純水1に浸漬し、前記導波体9が伝達する超音波振動により前記純水1を励振することによって洗浄が行われる。
【0087】
本発明の第3実施例としての前記超音波励振装置10cにおいても、第1実施例及び第2実施例と同様の作用効果を得ることができる。
【0088】
すなわち、前記導波体9の音響インピーダンスは、前記式(1)を満たす状態に設定されており、前記処理槽3内の前記純水1がほとんどない状態であっても、実効出力の増大による発熱を抑制することができるとともに、前記導波体9の内部に超音波振動の進行方向における寸法を冷却用流体の音速度から求まる共振長に設定した直方体状の前記空洞部9cを有することから、前記導波体9の共振にともなう熱を高効率で除去することができ、かつ、前記振動子7の超音波振動に対して前記空洞部9c内の冷却用流体を含む前記導波体9全体が共振して、洗浄用流体に効率よく超音波振動を伝達することができる。また、前記導波体9の前記外周面9aが面一であることから、前記超音波励振装置10c全体の小型化を達成することができるとともに、前記超音波振動発生部5を投入する前記処理槽3についても小型化が可能である等の作用効果を奏するものになっている。
【0089】
なお、各実施例においては、冷却用流体として純水を用いているが、冷却に適し、かつ、超音波振動に対する共振に適した流体であれば、種々の流体を適宜使用可能である。また、各実施例においては、洗浄用流体として、純水を用いているが、洗浄の目的や被洗浄物の素材等に応じて、種々の洗浄用流体を使用することができる。
【0090】
また、各実施例においては、前記導波体9が直方体状に形成されているが、例えば、円盤状など、設置するスペースの形状に応じて種々の形状を採用することができる。
【0091】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の超音波励振装置によれば、洗浄用流体が減少した場合でも、実効出力の増大を確実に抑制することができるとともに、伝達する超音波振動に減衰等の悪影響を与えずに、かつ、小型化を達成することができる。また、前記超音波励振装置を備えた本発明の超音波洗浄装置によれば、装置全体の小型化が可能であり、装置を設置するスペースを省スペース化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例である洗浄槽タイプの超音波洗浄装置を示す一部断面を含む側面図である。
【図2】図1に示す超音波洗浄装置が備える超音波振動発生部を示す斜視図である。
【図3】本発明の第2実施例としての超音波洗浄装置を示す一部断面を含む側面図であある。
【図4】本発明の第2実施例としての超音波洗浄装置を示す一部断面を含む正面図である。
【図5】本発明の第3実施例としての投入タイプの超音波励振装置を示す一部断面を含む側面図である。
【図6】従来の超音波洗浄装置を示す一部断面を含む側面図である。
【図7】図6に示す超音波洗浄装置が備える従来の超音波振動発生部を示す斜視図である。
【符号の説明】
1 純水
1a 液面
3 処理槽
3a 開口部
3b 内縁
5 超音波振動発生部(超音波励振装置)
7 振動子(超音波振動発生部)
9 導波体(超音波振動発生部)
9a 外周面
9c 空洞部
9d,9e 蓋体
10a 超音波洗浄装置(第1実施例)
10b 超音波洗浄装置(第2実施例)
10c 超音波洗浄装置(第3実施例)
12 発振器(超音波励振装置)
14 パッキン
16 PZT素子
17,18 電極板
28a,28b ニップル
30a,30b チューブ
45 カバー
45a 隔壁
45b ノズル
45c 側部
45d 内縁
47 上層
48 下層
53 泡
55 密閉ケース
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic exciter used for cleaning, for example, silicon wafers for industrial use, and more particularly to an ultrasonic exciter having a drive frequency of 200 kHz or more and an ultrasonic cleaner provided with the ultrasonic exciter.
[0002]
[Prior art]
The ultrasonic cleaning apparatus using such a high frequency band is capable of removing submicron particles (particulates), is free of damage to the cleaning object because of no cavitation, and has a short wavelength. Since ultra-precise cleaning is possible, such as the fact that there is no effect of standing waves and a spotless cleaning effect has been developed and put into practical use.
[0003]
As a conventional ultrasonic cleaning apparatus of this type, for example, there is a cleaning tank type shown in FIG. The ultrasonic cleaning apparatus shown in FIG. 6 is disclosed in JP-A-10-94756.
[0004]
FIG. 6 is a side view including a partial cross-section illustrating a conventional ultrasonic cleaning apparatus, and FIG. 7 is a perspective view illustrating a conventional ultrasonic vibration generator included in the conventional ultrasonic cleaning apparatus. Hereinafter, a conventional ultrasonic cleaning apparatus (including an ultrasonic excitation apparatus) will be described with reference to FIGS. 6 and 7.
[0005]
As shown in FIG. 6, a conventional ultrasonic cleaning apparatus 110 is attached to a bottom of the processing tank 102 that stores, for example, pure water 101 as a cleaning fluid and stores an object to be cleaned. And an ultrasonic vibration generator 103.
[0006]
As shown in FIG. 7, the ultrasonic vibration generating unit 103 includes a substantially rectangular parallelepiped waveguide 105 and a transducer formed in a rectangular plate shape and coupled to the waveguide 105 with an adhesive or the like. 104, and is inserted through an opening 102a formed at the bottom of the processing bath 102 in a state where the waveguide 105 side is in contact with the liquid. A flange portion 105 a is formed on the entire waveguide 105, and a packing 106 is interposed between the flange portion 105 a and the bottom portion of the processing tank 102, so that the waveguide body 105 is closely fixed to the bottom portion of the processing tank 102. Has been. The packing 106 functions as a liquid-tight and vibration-absorbing member.
[0007]
The vibrator 104 is composed of a PZT (piezoelectric: piezoelectric) element or the like. When a voltage having a predetermined driving frequency is applied by an oscillator 107 (see FIG. 6), ultrasonic vibration of this frequency is generated. The drive frequency is set extremely high, for example, 1 MHz. The ultrasonic vibration generating unit 103 including the vibrator 104 and the waveguide 105 and the oscillator 107 constitute an ultrasonic excitation device.
[0008]
The waveguide 105 is made of, for example, duralumin, and has a thickness H, that is, a dimension in the traveling direction of the ultrasonic vibration generated from the vibrator 104, which is an approximate integer of a half wavelength (λ / 2) of the ultrasonic vibration. Double, ideally just an integral multiple, and the resonance length. The waveguide body 105 resonates with the ultrasonic vibration generated by the vibrator 104, introduces ultrasonic vibration into the pure water 101 and excites it, and is immersed in the pure water 101. An object such as a silicon wafer (not shown) is cleaned.
[0009]
Here, the half wavelength (λ / 2) is calculated as follows.
λ / 2 = C / 2f
However,
λ: one wavelength C: sound speed of duralumin = 5.15 × 10 5 cm
f: Frequency = 10 6 Hz
Therefore, λ / 2 = 2.6 mm.
[0010]
In the conventional waveguide 105, the thickness H is set to 53 mm. That is, it is about 20 times the half wavelength λ / 2 (about 2.6 mm), and the thickness H is set large. Therefore, the waveguide 105 has a relatively large acoustic impedance, the pure water 101 existing as an external load above the waveguide 105 is insufficient for some reason, and the liquid level 101a is not guided. Even when the wave body 105 is lowered below the upper surface of the wave body 105, the acoustic impedance of the entire device is lowered, the vibration of the vibrator 104 is increased, the effective output is increased, and the effective output is increased to generate heat. Can be suppressed. Specifically, the acoustic impedance of the waveguide 105 is expressed by the following formula: Rma 1 <Rma 2 <Rma 3 (1)
However,
Rma 1 : acoustic impedance of the vibrator 104 Rma 2 : acoustic impedance of the waveguide 105 Rma 3 : set in a state satisfying the acoustic impedance of the pure water 101.
[0011]
The effect of suppressing the increase in effective output is apparent from the following equation.
Pa = Va 2 / Rma ··· ( 2)
Rma = Rma 1 + Rma 2 + Rma 3 (3)
However,
Pa: Effective output Va: Applied voltage (constant)
Rma: acoustic impedance of the entire cleaning apparatus (including pure water 101)
That is, even if the pure water 101 decreases and the value of the acoustic impedance Rma 3 becomes almost zero, the waveguide 105 has the acoustic impedance Rma 2 of a required magnitude, so that the effective output Pa is large. It has a configuration that does not increase.
[0013]
The flange portion 105 a is formed with a pair of through holes 105 b along the longitudinal direction of the waveguide 105 as means for cooling the waveguide 105. A nipple 108a is screwed into one end of the through hole 105b, and a nipple 108b is screwed into the other end.
[0014]
Then, for example, pure water is supplied as cooling fluid into the through-hole 105b through the tube 109a connected to the nipple 108a, and the pure water as cooling fluid is supplied through the tube 109b connected to the nipple 108b. Is configured to be discharged.
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional ultrasonic cleaning apparatus 110 has the following advantages.
[0016]
(1) The thickness H of the waveguide 105 is set large, and the waveguide 105 has a relatively large acoustic impedance. Therefore, even when the pure water 101 existing as an external load above the waveguide 105 is insufficient for some reason, and the liquid level 101a is lowered below the upper surface of the waveguide 105, the empty water is blown away. The state, that is, the acoustic impedance of the apparatus as a whole decreases and the vibration of the vibrator 104 increases, and the effective output increases to suppress heat generation. That is, the adhesive that fixes the vibrator 104 to the waveguide 105 can be prevented from degrading and peeling, and the vibrator 104 itself can be prevented from being cracked by heat. Yes.
[0017]
(2) As the cooling means for the waveguide body 105, a pair of through holes 105b are formed in the flange portion 105a, and a structure for supplying a cooling fluid such as pure water is provided. Since heat that adversely affects the heat can be removed as much as possible, the pair of through-holes 105b are provided in the flange portion 105a formed so as to protrude from the waveguide 105. The configuration is such that the ultrasonic vibration conducted by the waveguide 105 is not adversely affected such as attenuation.
[0018]
(3) Maintenance is extremely easy because there is no need to provide an interlocking facility consisting of a sensor or the like in order to prevent emptying.
[0019]
On the other hand, in recent years, in order to improve the efficiency of the space where various apparatuses are installed, the apparatus itself is required to be downsized. From this point, further downsizing of the apparatus such as the ultrasonic cleaning apparatus 110 has been studied. ing.
[0020]
However, in the conventional ultrasonic cleaning device 110, the flange portion 105a is formed over the entire circumference of the waveguide 105 constituting the ultrasonic excitation device. Since the flange portion 105 a is formed so as to protrude from the waveguide body 105, it has an advantage as a portion where the cooling means is provided, while the waveguide body 105 and the processing tank 102 are attached. A site | part becomes large and there exists a tendency for the said ultrasonic cleaning apparatus 110 whole to enlarge.
[0021]
The present invention has been made in view of the above points, and even when the cleaning fluid is reduced, an increase in effective output can be reliably suppressed, and an adverse effect such as attenuation can be exerted on the transmitted ultrasonic vibration. It is an object of the present invention to provide an ultrasonic excitation device that can be reduced in size without being given. It is another object of the present invention to provide an ultrasonic cleaning apparatus that includes the ultrasonic excitation device and can achieve downsizing of the entire device.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
An ultrasonic excitation device according to the present invention includes a vibrator that generates ultrasonic vibration of 200 kHz or more, a waveguide that is coupled to the vibrator and guides the ultrasonic vibration to an external load, and cools the waveguide. An ultrasonic excitation device having a cooling means, wherein the cooling means has a cavity formed inside the waveguide and into which a cooling fluid flows, and the cavity is configured to transmit the ultrasonic vibration. The dimension in the traveling direction is an integral multiple of a half wavelength of the ultrasonic vibration based on the sound velocity of the cooling fluid, and the size from the upper surface of the waveguide having the vibrator to the upper end of the cavity portion And the size from the lower end of the cavity to the bottom surface facing the top surface of the waveguide is an integral multiple of a half wavelength of the ultrasonic vibration based on the sound velocity of the material of the waveguide. is there.
[0023]
The hollow portion has a rectangular parallelepiped shape or a cubic shape, and is formed in parallel to the vibrator in two directions perpendicular to the traveling direction of the ultrasonic vibration.
[0024]
The outer peripheral surface of the waveguide is flush.
[0025]
The waveguide is made of one material selected from duralumin, stainless steel, quartz, aluminum, aluminum alloy, tantalum, and titanium.
[0026]
Further, the waveguide has a size that is an integral multiple of a half wavelength of the ultrasonic vibration based on a sound speed of a material of the waveguide, in the dimension in the traveling direction of the ultrasonic vibration, When the acoustic impedances of the waveguide and the external load are Rma 1 , Rma 2 and Rma 3 , respectively, the following formula Rma 1 <Rma 2 <Rma 3 is satisfied.
[0027]
The ultrasonic excitation device of the present invention has a sealed case surrounding the vibrator.
[0028]
Further, the ultrasonic cleaning apparatus of the present invention is an ultrasonic cleaning apparatus comprising a treatment tank for storing a cleaning fluid and an ultrasonic excitation device for exciting the cleaning fluid, wherein the ultrasonic excitation device is A vibrator that generates ultrasonic vibrations of 200 kHz or higher, a waveguide that is coupled to the vibrator and guides the ultrasonic vibrations to the cleaning fluid, and a cooling unit that cools the waveguide. The cooling means has a cavity formed inside the waveguide and into which the cooling fluid flows, and the cavity has a dimension in the traveling direction of the ultrasonic vibration that is equal to the sound speed of the cooling fluid. And an integral multiple of a half wavelength of the ultrasonic vibration based on the size, and the size of the waveguide from the upper surface having the vibrator to the upper end of the cavity and the lower end of the cavity to the waveguide The size up to the bottom surface facing the top surface of the waveguide is Wherein based on the sound speed of the wood are those which are an integral multiple of a half wavelength of the ultrasonic vibration.
[0029]
In addition, the ultrasonic cleaning apparatus of the present invention continuously supplies a cleaning fluid, and includes a shower device having a nozzle from which the cleaning fluid is ejected, and an ultrasonic excitation that applies ultrasonic vibration to the cleaning fluid. An ultrasonic cleaning apparatus comprising: a vibrator that generates ultrasonic vibration of 200 kHz or more; and the ultrasonic vibration that is combined with the vibrator to the cleaning fluid. A waveguide for guiding and a cooling means for cooling the waveguide, the cooling means having a cavity formed inside the waveguide and into which a cooling fluid flows, the cavity being The dimension in the traveling direction of the ultrasonic vibration is an integral multiple of a half wavelength of the ultrasonic vibration based on the sound velocity of the cooling fluid, and the cavity from the upper surface of the waveguide having the vibrator The size up to the upper end and the cavity Wherein is from the lower end to the bottom surface facing the top surface of the waveguide size based on the sound speed of the material of the waveguide are those that are integer multiples of a half wavelength of the ultrasonic vibration.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, as a first embodiment of the present invention, a cleaning tank type ultrasonic cleaning apparatus (including an ultrasonic excitation apparatus) will be described with reference to FIGS.
[0031]
FIG. 1 is a side view including a partial cross section showing a cleaning tank type ultrasonic cleaning apparatus according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cleaning tank type according to the first embodiment of the present invention. It is a perspective view which shows the ultrasonic vibration generation part with which an ultrasonic cleaning apparatus is provided.
[0032]
As shown in FIG. 1, the ultrasonic cleaning apparatus 10 a is installed in a processing tank 3 that stores, for example, pure water 1 as a cleaning fluid and accommodates an object to be cleaned, and a bottom of the processing tank 3. And an ultrasonic vibration generator 5.
[0033]
As shown in FIG. 2, the ultrasonic vibration generator 5 includes a waveguide 9 formed in a rectangular parallelepiped shape, a rectangular plate shape, and an adhesive or the like on the waveguide 9 on one side. And the vibrator 7 coupled to each other.
[0034]
As shown in FIG. 1, the ultrasonic vibration generator 5 is inserted into an opening 3a formed at the bottom of the processing tank 3 in a state where the waveguide 9 side is in contact with the liquid, and is flush with the surface. A packing 14 is interposed over the entire circumference between the outer peripheral surface 9a of the waveguide 9 and the inner edge 3b of the opening 3a, and is tightly fixed to the bottom of the processing bath 3.
[0035]
The packing 14 acts as a liquid-tight and vibration-absorbing member, and in this case, the position where the packing 14 is attached, that is, the position where the ultrasonic vibration generator 5 is attached to the bottom of the processing tank 3 is It is located below the cavity 9 c formed in the waveguide 9. Details of the hollow portion 9c will be described later.
[0036]
When a voltage having a predetermined driving frequency is applied by the oscillator 12, the vibrator 7 generates ultrasonic vibration having this frequency. The drive frequency is set to an extremely high value of 200 kHz or more, and is 1 MHz in this embodiment. The ultrasonic vibration generating unit 5 including the vibrator 7 and the waveguide 9, the oscillator 12, and the cooling means for the waveguide 9 described later constitute an ultrasonic excitation device.
[0037]
The waveguide 9 resonates with the ultrasonic vibration generated by the vibrator 7 and acts as a member that guides the ultrasonic vibration to the pure water 1. In this embodiment, the waveguide 9 only transmits the ultrasonic vibration to the pure water 1 and does not have a mechanical amplification function. An amplification function may be provided.
[0038]
The waveguide 9 is made of duralumin or stainless steel (SUS). In this embodiment, duralumin is used as a more preferable example. Similarly to the conventional waveguide 105, the waveguide 9 has a thickness H, that is, the dimension in the traveling direction of the ultrasonic vibration generated from the vibrator 7 is the material of the waveguide 9 In this case, the resonance length is set to approximately an integral multiple of the half wavelength (λ / 2) of the ultrasonic vibration calculated based on the sound velocity of duralumin, ideally just an integral multiple.
[0039]
The thickness H is 53 mm in this embodiment as well as the conventional waveguide 105, and is set to about 20 times the half wavelength λ / 2 (about 2.6 mm). That is, by setting the thickness H large, the waveguide 9 has a relatively large acoustic impedance. In addition, the acoustic impedance of the waveguide 9 is set to a state that specifically satisfies the equation (1), similarly to the conventional waveguide 105.
[0040]
The value of the thickness H is arbitrarily changed according to the relationship with the acoustic impedance of the pure water 1 as an external load existing above the waveguide 9, the magnitude of ultrasonic energy to be transmitted, etc. Is possible. By the way, conventionally, in a high frequency band as in this embodiment, waste of ultrasonic energy, that is, a large amount of heat is generated, and for example, it is commonly recognized that the thickness is limited to 2 to 3 times the half wavelength. It had been.
[0041]
In this embodiment, the waveguide 9 is formed using duralumin as a material. Duralumin has a density (ρ) of about 2.8 g / cm 3, which is about 1 / compared to iron or stainless steel. It is three. That is, it is a material with very little loss against high-frequency ultrasonic vibrations, and is suitable as a material for the waveguide 9 in which the thickness H is set large. However, it can be applied as a waveguide and can be used as long as the material has a density equivalent to or lower than that of duralumin. For example, quartz, aluminum, aluminum alloy, etc. are used. Also good. For example, tantalum, titanium, or the like can be used to increase the corrosion resistance of the waveguide material in accordance with the cleaning fluid to be used.
[0042]
Further, as shown in FIG. 2, the dimension of the waveguide 9 in a direction perpendicular to the traveling direction of ultrasonic vibration generated from the vibrator 7 (the direction of the thickness H), that is, the length L In this embodiment, the width W and the width W are set to 136 mm and 40 mm, respectively, and are about 52 times and about 15 times the half wavelength λ / 2 (about 2.6 mm), respectively. The length L and the width W are variable according to the size of the object to be cleaned and the size of the processing tank 3.
[0043]
That is, assuming that the length L and the width W use, for example, a relatively low frequency band such as 20 kHz for the driving frequency of the vibrator 7, the waveguide 9 has a Poisson ratio. In order to suppress lateral vibration due to the influence of the above, it is necessary to set the magnitude to λ / 3 or less. In addition, when it is desired to set the length L and the width W large, slits are formed at a pitch of λ / 3 or less, and waveguides having a small size of λ / 3 or less affect each other. It is necessary to take a form that is combined in a state without any. This is to prevent the vibration energy from being consumed in the waveguide itself due to the occurrence of the lateral vibration, and to give the pure water 1 a clean longitudinal vibration not accompanied by the lateral vibration.
[0044]
On the other hand, it has been confirmed from the experiment by the applicant of the present invention that there is no adverse effect of the Poisson's ratio, that is, no occurrence of lateral vibration at an extremely high frequency of 200 kHz or higher, for example, a driving frequency of 1 MHz set in this embodiment. The length L and the width W of the waveguide 9 can theoretically be increased without limitation. Therefore, the waveguide 9 does not need to form a slit, and the length L and the width W can be arbitrarily set to be λ / 3 or more.
[0045]
Next, the cooling means for the waveguide 9 provided in the ultrasonic excitation device of the present invention will be described.
[0046]
As shown in FIGS. 1 and 2, a flat rectangular parallelepiped-shaped cavity is provided at the center of the waveguide 9 in the thickness H direction along the longitudinal direction of the waveguide 9 (the length L direction). The portion 9c penetrates in a state orthogonal to the traveling direction of the ultrasonic vibration generated from the vibrator 7. Said cavity 9c, in the width direction (the width W 0 direction) and longitudinal (length L direction), are formed in parallel to the said oscillator 7.
[0047]
The hollow portion 9c is closed at both ends by a lid body 9d and a lid body 9e. The lid body 9d and the lid body 9e are made of, for example, duralumin or the like, and are attached to both ends of the hollow portion 9c by welding or the like.
[0048]
In addition, a pair of nipples 28a are screwed into one of the lid bodies 9d, and a pair of nipples 28b are screwed into the other lid body 9e. Tubes 30a communicate with the pair of nipples 28a, respectively, and pure water, for example, is supplied as a cooling fluid through the nipples 28a and the tubes 30a and flows into the cavity 9c. Further, a tube 30b is communicated with each of the pair of nipples 28b, and pure water supplied into the hollow portion 9c is discharged through the nipple 28b and the tube 30b. That is, the waveguide 9 is cooled by the cooling fluid flowing into the cavity 9c flowing in the cavity 9c.
[0049]
As shown in FIG. 2, the water supply side tube 30a branches off from the socket 33a, and guides pure water supplied from a water supply source through a thicker hose 34a. Further, the tube 30b on the drain side is gathered by a socket 33b, and the cooling fluid after use, in this case, pure water is drained through another thick hose 34b.
[0050]
In addition, you may make it the structure which pours the pure water discharged | emitted from the said cavity 9c in the said processing tank 3, without providing the said tube 30b by the side of drainage. In this case, the pure water poured into the treatment tank 3 is gradually discharged from the upper edge of the treatment tank 3 by a so-called overflow method. That is, since it is not necessary to provide other water supply facilities, the cost can be reduced.
[0051]
In the present embodiment, the hollow portion 9c has a height H 0 of 6.0 mm in the traveling direction of ultrasonic vibration (the thickness H direction of the waveguide 9) and a direction orthogonal to the traveling direction of ultrasonic vibration ( The width W 0 in the width W direction of the waveguide 9 is set to 36 mm. Further, the height H 1 from the surface having the vibrator 7 which is the upper surface of the waveguide 9 to the upper end of the cavity 9c and the bottom of the waveguide 9 from the lower end of the cavity 9c. Each of the heights H 2 up to the surface facing the upper surface is 23.5 mm.
[0052]
The height H 1 and the height H 2 are based on the sound velocity (5.15 × 10 5 cm) of duralumin, which is the material of the waveguide body 9, as is the thickness H of the waveguide body 9. The half-wavelength λ / 2 (about 2.6 mm) of the ultrasonic vibration generated from the vibrator 7 calculated in this way is set to an approximately integral multiple, in this case, about 9 times, and is a resonance length.
[0053]
On the other hand, with respect to the height H 0 of the hollow portion 9c, that is, the dimension in the traveling direction of ultrasonic vibration (the thickness H direction of the waveguide 9), the cooling fluid flowing into the hollow portion 9c, In this case, it is approximately an integral multiple of the half wavelength λ / 2 of the ultrasonic vibration generated from the vibrator 7 calculated based on the sound speed of pure water, ideally just an integral multiple.
[0054]
Here, the half wavelength (λ / 2) of ultrasonic vibration based on the sound velocity of pure water is calculated by the following equation.
λ / 2 = C / 2f
However,
λ: one wavelength C: sound speed of pure water = 1.5 × 10 5 cm
f: Frequency = 10 6 Hz
Therefore, λ / 2 = 0.75 mm.
[0055]
That is, the height H 0 of the hollow portion 9c is about 8 times the half wavelength (λ / 2) of ultrasonic vibration calculated based on the sound velocity of pure water, and is set to the resonance length. ing.
[0056]
In the present embodiment, the width W 0 of the hollow portion 9c is about 48 times the half wavelength (λ / 2) of ultrasonic vibration based on the sound speed of pure water. At a high frequency, for example, a driving frequency of 1 MHz set in this embodiment, there is no adverse effect of the Poisson's ratio, i.e., no occurrence of lateral vibration. Therefore, the length L and the width W of the waveguide 9 Similarly, it can be arbitrarily set.
[0057]
Further, in this embodiment, the hollow portion 9c is formed in a flat rectangular parallelepiped, the two directions perpendicular to the traveling direction of the ultrasonic vibration, i.e., the width direction (the width W 0 direction) and longitudinal (length L direction The parallelism in the width direction (width W 0 direction) and the longitudinal direction (length L direction) of the cavity 9c with respect to the vibrator 7 is plus or minus. It is preferable to set it within about 3 degrees.
[0058]
Thus, by setting the dimension of the cavity 9c in the traveling direction of the ultrasonic vibration to the resonance length calculated from the sound velocity of the cooling fluid flowing in the cavity 9c, the inside of the waveguide 9 Even if the cavity 9c is formed in the waveguide 9 and the cooling fluid is present in the waveguide 9, the waveguide 9 resonates efficiently with the ultrasonic vibration generated by the vibrator 7, and the cleaning fluid Ultrasonic vibration can be applied to the.
[0059]
The cavity 9c is formed in a flat rectangular parallelepiped square hole and is perpendicular to the traveling direction of the ultrasonic vibration with respect to the vibrator 7, that is, in the width direction (width W 0 direction). ) And the longitudinal direction (length L direction), the ultrasonic vibration generated by the vibrator 7 is not attenuated or reflected, and the ultrasonic vibration can be efficiently applied to the cleaning fluid. it can.
[0060]
In this embodiment, the hollow portion 9c is provided with only one flat rectangular parallelepiped-shaped square hole. However, the cooling in which the size of the ultrasonic vibration in the traveling direction flows into the hollow portion 9c. Set to the dimension of the resonance length calculated from the sound velocity of the working fluid and perpendicular to the traveling direction of the ultrasonic vibration with respect to the vibrator 7, that is, the width direction (width W 0 direction) Further, a plurality of rectangular or cubic rectangular holes formed in parallel in the longitudinal direction (length L direction) may be provided.
[0061]
Further, the position where the hollow portion 9c is formed, that is, the height H 1 from the surface of the waveguide 9 having the vibrator 7 to the upper end portion of the hollow portion 9c and the lower end portion of the hollow portion 9c If the height H 2 to the surface facing the top surface, which is the bottom surface of the waveguide 9, is the resonance length of the ultrasonic vibration calculated based on the sound velocity of the material constituting the waveguide 9, It is variable as appropriate.
[0062]
The cooling means composed of the hollow portion 9c and the like is provided to heat the waveguide body 9 to a certain degree although it does not become high heat due to self-resonance of the waveguide body 9, By providing the waveguide 9 inside, the cooling effect on the waveguide 9 is high, and heat that adversely affects the vibrator 7 can be removed with high efficiency.
[0063]
Next, the vibrator 7 for exciting the waveguide 9 will be described.
[0064]
As apparent from FIG. 2, the length and width of the vibrator 7 are substantially equal to the length L and width W of the waveguide 9, and the thickness t is set to about 2 mm in this embodiment. Yes.
[0065]
The vibrator 7 includes a PZT (piezoelectric: piezoelectric) element 16, and electrode plates 17 and 18 attached to the entire upper and lower surfaces of the PZT element 16. The PZT element 16 and the upper electrode One of the corners of the plate 17 is cut away. In the cut portion, the lower electrode plate 18 is folded back on the upper side, that is, on the same plane as the electrode plate 17 with an arc-shaped gap 20 between the electrode plate 17 and the electrode portion 18a. It has become.
[0066]
Further, either one of the two power transmission wires 22a and 22b for applying a voltage of a predetermined drive frequency from the oscillator 12 (see FIG. 1) is a predetermined position of the electrode plate 17 and the electrode plate 18. Are connected to the electrode portion 18a.
[0067]
In the ultrasonic cleaning apparatus 10a according to the first embodiment of the present invention having the above-described configuration, the vibrator 7 is excited by a high frequency voltage applied from the oscillator 12, and ultrasonic vibration is generated. Then, the generated ultrasonic vibration is transmitted to the pure water 1 that is a cleaning fluid in the processing tank 3 through the waveguide body 9, and the object to be cleaned is immersed in the pure water 1, For example, a silicon wafer or the like is cleaned.
[0068]
The ultrasonic cleaning device 10a has the following effects, for example.
[0069]
{Circle around (1)} Like the conventional waveguide 105, the waveguide 9 provided in the ultrasonic excitation device of the present invention is set to have a large thickness H. ) Has a relatively large acoustic impedance. Therefore, when the pure water 1 as a cleaning fluid existing as an external load above the waveguide 9 is insufficient for some reason, and the liquid level 1a is lowered below the upper surface of the waveguide 9. However, it is possible to suppress the generation of heat by increasing the effective output as the vibration impedance of the vibrator 7 decreases due to the acoustic impedance of the entire apparatus, that is, the acoustic impedance of the entire apparatus decreases. That is, the adhesive that fixes the vibrator 7 to the waveguide 9 can be prevented from degrading and peeling, and the vibrator 7 itself can be prevented from cracking due to heat. Yes.
[0070]
(2) Since the cavity 9c is formed inside the waveguide 9 and has a configuration capable of supplying a cooling fluid such as pure water, the cooling effect on the waveguide 9 is high, Heat that adversely affects the vibrator 7 can be removed with high efficiency. The cavity 9c has a dimension in the traveling direction of ultrasonic vibration set to a resonance length calculated from the sound speed of a cooling fluid such as pure water flowing into the cavity 9c, and the vibrator 7 is a rectangular parallelepiped-shaped square hole parallel in two directions perpendicular to the traveling direction of the ultrasonic vibration, that is, in the width direction (width W 0 direction) and the longitudinal direction (length L direction). From the above, the waveguide 9 efficiently resonates with the ultrasonic vibration generated by the vibrator 7, and does not attenuate or reflect the ultrasonic vibration generated by the vibrator 7. The ultrasonic vibration can be applied to the working fluid with high efficiency.
[0071]
(3) The cavity 9c, which is a cooling means for the waveguide 9, is formed inside the waveguide 9, and the outer peripheral surface 9a of the waveguide 9 is flush with the waveguide 9. The attachment site | part of the waveguide 9 and the said processing tank 3 is small, and the said ultrasonic cleaning apparatus 10a whole size reduction is possible. Moreover, even when it attaches to the washing tank of the same magnitude | size as the past, the effective volume in a washing tank can be enlarged.
[0072]
(4) Maintenance is extremely easy because there is no need to provide an interlocking facility consisting of sensors or the like in order to prevent flying.
[0073]
Next, as a second embodiment of the present invention, a nozzle shower type ultrasonic cleaning apparatus having the same effect as the first embodiment will be described with reference to FIGS.
[0074]
FIG. 3 is a side view including a partial cross section showing an ultrasonic cleaning apparatus as a second embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a partial view showing an ultrasonic cleaning apparatus as a second embodiment of the present invention. It is a front view including a cross section. However, in FIG. 3 and FIG. 4, the same or corresponding components as those in the first embodiment are indicated using the same reference numerals. Further, in the following description, parts that are the same as those in the first embodiment will be omitted and only the main parts will be described.
[0075]
As shown in FIGS. 3 and 4, the ultrasonic cleaning apparatus 10 b according to the second embodiment of the present invention has the ultrasonic vibration generator 5 built in a cover 45. The cover 45 has an internal space separated into two upper and lower layers by a partition wall 45a, the vibrator 7 included in the ultrasonic vibration generator 5 is positioned on the upper layer 47 side, and the waveguide 9 is on the lower layer 48 side. Is located. The ultrasonic vibration generator 5 has the packing 14 interposed between the side portion 45c of the cover 45 and the inner edge 45d of the partition wall 45a and the outer peripheral surface 9a of the waveguide 9 over the entire circumference. The cover 45 is fixed in close contact with the cover 45. The packing 14 secures liquid-tightness on the upper layer 47 side, and acts as a vibration absorbing member. The packing 14 has an interface position, that is, an attachment position of the ultrasonic vibration generator 5 to the cover 45. In this case, is located above the hollow portion 9 c formed in the waveguide 9.
[0076]
A cleaning fluid, for example, the pure water 1 is continuously injected into the lower layer 48 through a socket 50 provided on a side of the cover 45, and the waveguide is guided to the injected pure water 1. Ultrasonic vibration is applied by the body 9.
[0077]
The pure water 1 to which ultrasonic vibration is applied is ejected in the direction of arrow F from the nozzle 45b of the cover 45 and supplied as a shower. The cover 45 including the nozzle 45b and a pump or the like (not shown) that continuously supplies the pure water 1 into the cover 45 are collectively referred to as a shower device.
[0078]
The ultrasonic cleaning apparatus 10b according to the second embodiment of the present invention is configured such that an object to be cleaned, for example, a silicon wafer is exposed to a shower ejected from the nozzle 45b and cleaned. Also in the ultrasonic cleaning apparatus 10b, the same effects as the ultrasonic cleaning apparatus 10a as the first embodiment of the present invention can be obtained.
[0079]
That is, for example,
{Circle around (1)} The thickness H of the waveguide 9 is set large, and the acoustic impedance of the waveguide 9 is relatively large that satisfies the equation (1). Therefore, when the supply amount of the pure water 1 as a cleaning fluid existing as an external load of the waveguide 9 is insufficient, the bubbles 53 accumulate along the lower surface of the waveguide 9, that is, along the vibration surface. Even in this case, heat generation due to an increase in effective output can be suppressed.
[0080]
(2) Since the hollow portion 9c as a cooling means is provided inside the waveguide body 9, the cooling effect on the waveguide body 9 is high, and heat that adversely affects the vibrator 7 is removed with high efficiency. be able to. The cavity 9c is parallel to the vibrator 7 in two directions perpendicular to the traveling direction of the ultrasonic vibration, that is, in the width direction (width W 0 direction) and the longitudinal direction (length L direction). The transducer 7 is formed in a rectangular parallelepiped shape and has a resonance length calculated from the sound velocity of the cooling fluid flowing into the cavity 9c. The entire waveguide 9 including the cooling fluid in the cavity 9c resonates with the sonic vibration, and the ultrasonic vibration can be efficiently transmitted to the cleaning fluid.
[0081]
(3) Since the outer peripheral surface 9a of the waveguide body 9 is flush, the mounting portion between the waveguide body 9 and the cover 45 is small, and the entire ultrasonic cleaning apparatus 10b can be reduced in size. be able to.
[0082]
(4) Maintenance is extremely easy because there is no need to provide an interlock facility to prevent air blow.
The effects such as the above are achieved.
[0083]
Next, as a third embodiment of the present invention, an injection type ultrasonic excitation device will be described with reference to FIG.
[0084]
FIG. 5 is a side view including a partial cross section showing an injection type ultrasonic excitation apparatus as a third embodiment of the present invention. However, in FIG. 5, the same or corresponding components as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals. Further, in the following description, parts that are the same as those in the first embodiment and the second embodiment will be omitted, and the main parts will be described.
[0085]
As shown in FIG. 5, an ultrasonic excitation device 10c according to a third embodiment of the present invention includes a lower half of the ultrasonic vibration generating unit 5 including the vibrator 7 and the waveguide 9, that is, the vibration. A sealed case 55 is provided that surrounds the portion including the child 7 and maintains liquid tightness. The oscillation surface of the waveguide 9 is exposed to the outside of the sealed case 55. The ultrasonic excitation device 10c includes the ultrasonic vibration generating unit 5 including the sealed case 55, the oscillator 12 that applies a voltage having a predetermined frequency to the vibrator 7, and the cooling unit for the waveguide 9. It is comprised by.
[0086]
The ultrasonic excitation device 10c is configured to use the ultrasonic vibration generating unit 5 including the sealed case 55 by putting it in a cleaning fluid in the processing tank 3, for example, the pure water 1. . Then, a silicon wafer or the like as an object to be cleaned is immersed in the pure water 1 and cleaning is performed by exciting the pure water 1 by ultrasonic vibration transmitted by the waveguide 9.
[0087]
Also in the ultrasonic excitation device 10c as the third embodiment of the present invention, the same operational effects as those of the first and second embodiments can be obtained.
[0088]
That is, the acoustic impedance of the waveguide 9 is set to satisfy the equation (1), and even if the pure water 1 in the treatment tank 3 is almost absent, the effective output is increased. Since the heat generation can be suppressed and the waveguide 9 has the rectangular parallelepiped hollow portion 9c in which the dimension in the traveling direction of the ultrasonic vibration is set to the resonance length obtained from the sound velocity of the cooling fluid. The waveguide body 9 can efficiently remove heat associated with the resonance of the waveguide body 9 and includes the cooling fluid in the cavity 9c with respect to the ultrasonic vibration of the vibrator 7. The whole resonates, and ultrasonic vibrations can be efficiently transmitted to the cleaning fluid. In addition, since the outer peripheral surface 9a of the waveguide 9 is flush, the overall size of the ultrasonic excitation device 10c can be reduced, and the processing for introducing the ultrasonic vibration generator 5 is performed. The tank 3 is also effective in that it can be miniaturized.
[0089]
In each embodiment, pure water is used as the cooling fluid, but various fluids can be used as appropriate as long as the fluid is suitable for cooling and suitable for resonance with ultrasonic vibration. In each embodiment, pure water is used as the cleaning fluid, but various cleaning fluids can be used depending on the purpose of cleaning and the material of the object to be cleaned.
[0090]
In each of the embodiments, the waveguide 9 is formed in a rectangular parallelepiped shape. However, various shapes such as a disk shape can be adopted according to the shape of the space to be installed.
[0091]
【The invention's effect】
As described above, according to the ultrasonic excitation device of the present invention, it is possible to reliably suppress an increase in effective output even when the cleaning fluid is reduced, and to adversely affect the transmitted ultrasonic vibration such as attenuation. The size reduction can be achieved without giving Moreover, according to the ultrasonic cleaning apparatus of the present invention including the ultrasonic excitation apparatus, the entire apparatus can be reduced in size, and the space for installing the apparatus can be saved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view including a partial cross section showing a cleaning tank type ultrasonic cleaning apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing an ultrasonic vibration generator provided in the ultrasonic cleaning apparatus shown in FIG.
FIG. 3 is a side view including a partial cross section showing an ultrasonic cleaning apparatus as a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a front view including a partial cross section showing an ultrasonic cleaning apparatus as a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a side view including a partial cross section showing an injection type ultrasonic excitation apparatus as a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a side view including a partial cross section showing a conventional ultrasonic cleaning apparatus.
7 is a perspective view showing a conventional ultrasonic vibration generator provided in the ultrasonic cleaning apparatus shown in FIG. 6. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Pure water 1a Liquid level 3 Processing tank 3a Opening part 3b Inner edge 5 Ultrasonic vibration generation part (ultrasonic excitation apparatus)
7 vibrator (ultrasonic vibration generator)
9 Waveguide (Ultrasonic vibration generator)
9a Outer peripheral surface 9c Cavity 9d, 9e Lid 10a Ultrasonic cleaning device (first embodiment)
10b Ultrasonic cleaning device (second embodiment)
10c Ultrasonic cleaning device (third embodiment)
12 Oscillator (Ultrasonic excitation device)
14 Packing 16 PZT elements 17 and 18 Electrode plates 28a and 28b Nipple 30a and 30b Tube 45 Cover 45a Partition 45b Nozzle 45c Side 45d Inner edge 47 Upper layer 48 Lower layer 53 Foam 55 Sealed case

Claims (8)

200kHz以上の超音波振動を発生する振動子と、
前記振動子と結合して前記超音波振動を外部負荷に導く導波体と、
前記導波体を冷却する冷却手段とを有する超音波励振装置であって、
前記冷却手段は、前記導波体の内部に形成されて冷却用流体が流入する空洞部を有し、
前記空洞部は、前記超音波振動の進行方向における寸法が前記冷却用流体の音速度に基づく前記超音波振動の半波長の整数倍であり、かつ、
前記導波体の前記振動子を有する上面から前記空洞部の上端部までの大きさ及び前記空洞部の下端部から前記導波体の前記上面と対向する底面までの大きさが前記導波体の素材の音速度に基づく前記超音波振動の半波長の整数倍であること
を特徴とする超音波励振装置。
A vibrator that generates ultrasonic vibrations of 200 kHz or higher;
A waveguide that is coupled to the vibrator and guides the ultrasonic vibration to an external load;
An ultrasonic excitation device having cooling means for cooling the waveguide,
The cooling means has a cavity formed inside the waveguide and into which a cooling fluid flows,
The dimension of the cavity in the traveling direction of the ultrasonic vibration is an integral multiple of a half wavelength of the ultrasonic vibration based on the sound velocity of the cooling fluid, and
The waveguide has a size from an upper surface having the vibrator to an upper end portion of the cavity and a size from a lower end of the cavity to a bottom surface facing the upper surface of the waveguide. An ultrasonic excitation device characterized by being an integral multiple of a half wavelength of the ultrasonic vibration based on the sound speed of the material.
前記空洞部は、直方体状または立方体状であって、前記振動子に対して前記超音波振動の進行方向に垂直な二方向において平行に形成されていること
を特徴とする請求項1記載の超音波励振装置。
The super cavity according to claim 1, wherein the hollow portion has a rectangular parallelepiped shape or a cubic shape, and is formed parallel to the vibrator in two directions perpendicular to a traveling direction of the ultrasonic vibration. Sonic excitation device.
前記導波体の外周面は面一であること
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の超音波励振装置。
The ultrasonic excitation device according to claim 1, wherein an outer peripheral surface of the waveguide is flush.
前記導波体は、ジュラルミン、ステンレス、石英、アルミニウム、アルミニウム合金、タンタル、チタンから選択する1の素材からなること
を特徴とする請求項1乃至請求項3のうちいずれか1記載の超音波励振装置。
4. The ultrasonic excitation according to claim 1, wherein the waveguide is made of one material selected from duralumin, stainless steel, quartz, aluminum, an aluminum alloy, tantalum, and titanium. apparatus.
前記導波体は、前記超音波振動の進行方向における寸法が前記導波体の素材の音速度に基づく前記超音波振動の半波長の整数倍の大きさを有し、
前記振動子、前記導波体及び前記外部負荷の音響インピーダンスをそれぞれ、Rma1、Rma2及びRma3としたときに次式
Rma1<Rma2<Rma3
を満たすこと
を特徴とする請求項1乃至請求項4のうちいずれか1記載の超音波励振装置。
The waveguide has a size that is an integral multiple of a half wavelength of the ultrasonic vibration based on a sound velocity of a material of the waveguide, and a dimension in a traveling direction of the ultrasonic vibration.
When the acoustic impedances of the vibrator, the waveguide, and the external load are Rma 1 , Rma 2, and Rma 3 , respectively, Rma 1 <Rma 2 <Rma 3
The ultrasonic excitation device according to any one of claims 1 to 4, wherein:
前記振動子を囲繞する密閉ケースを有すること
を特徴とする請求項1乃至請求5のうちいずれか1記載の超音波励振装置。
The ultrasonic excitation device according to claim 1, further comprising a sealed case surrounding the vibrator.
洗浄用流体を貯留する処理槽と、前記洗浄用流体を励振する超音波励振装置とを備えた超音波洗浄装置であって、
前記超音波励振装置は、200kHz以上の超音波振動を発生する振動子と、
前記振動子と結合して前記超音波振動を前記洗浄用流体に導く導波体と、
前記導波体を冷却する冷却手段とを備え、
前記冷却手段は、前記導波体の内部に形成されて冷却用流体が流入する空洞部を有し、
前記空洞部は、前記超音波振動の進行方向における寸法が前記冷却用流体の音速度に基づく前記超音波振動の半波長の整数倍であり、かつ、
前記導波体の前記振動子を有する上面から前記空洞部の上端部までの大きさ及び前記空洞部の下端部から前記導波体の前記上面と対向する底面までの大きさが前記導波体の素材の音速度に基づく前記超音波振動の半波長の整数倍であること
を特徴とする超音波洗浄装置。
An ultrasonic cleaning device comprising a treatment tank for storing a cleaning fluid and an ultrasonic excitation device for exciting the cleaning fluid,
The ultrasonic excitation device includes a vibrator that generates ultrasonic vibration of 200 kHz or more;
A waveguide that is coupled to the vibrator and guides the ultrasonic vibration to the cleaning fluid;
Cooling means for cooling the waveguide,
The cooling means has a cavity formed inside the waveguide and into which a cooling fluid flows,
The dimension of the cavity in the traveling direction of the ultrasonic vibration is an integral multiple of a half wavelength of the ultrasonic vibration based on the sound velocity of the cooling fluid, and
The waveguide has a size from an upper surface having the vibrator to an upper end portion of the cavity and a size from a lower end of the cavity to a bottom surface facing the upper surface of the waveguide. An ultrasonic cleaning apparatus characterized by being an integral multiple of a half wavelength of the ultrasonic vibration based on the sound speed of the material.
洗浄用流体を連続的に供給するとともに、前記洗浄用流体が噴出するノズルを有するシャワー装置と、前記洗浄用流体に超音波振動を付与する超音波励振装置とを備えた超音波洗浄装置であって、
前記超音波励振装置は、200kHz以上の超音波振動を発生する振動子と、
前記振動子と結合して前記超音波振動を前記洗浄用流体に導く導波体と、
前記導波体を冷却する冷却手段とを備え、
前記冷却手段は、前記導波体の内部に形成されて冷却用流体が流入する空洞部を有し、
前記空洞部は、前記超音波振動の進行方向における寸法が前記冷却用流体の音速度に基づく前記超音波振動の半波長の整数倍であり、かつ、
前記導波体の前記振動子を有する上面から前記空洞部の上端部までの大きさ及び前記空洞部の下端部から前記導波体の前記上面と対向する底面までの大きさが前記導波体の素材の音速度に基づく前記超音波振動の半波長の整数倍であること
を特徴とする超音波洗浄装置。
The ultrasonic cleaning apparatus includes a shower apparatus having a nozzle for continuously supplying a cleaning fluid and ejecting the cleaning fluid, and an ultrasonic excitation apparatus for applying ultrasonic vibration to the cleaning fluid. And
The ultrasonic excitation device includes a vibrator that generates ultrasonic vibration of 200 kHz or more;
A waveguide that is coupled to the vibrator and guides the ultrasonic vibration to the cleaning fluid;
Cooling means for cooling the waveguide,
The cooling means has a cavity formed inside the waveguide and into which a cooling fluid flows,
The dimension of the cavity in the traveling direction of the ultrasonic vibration is an integral multiple of a half wavelength of the ultrasonic vibration based on the sound velocity of the cooling fluid, and
The waveguide has a size from an upper surface having the vibrator to an upper end portion of the cavity and a size from a lower end of the cavity to a bottom surface facing the upper surface of the waveguide. An ultrasonic cleaning apparatus characterized by being an integral multiple of a half wavelength of the ultrasonic vibration based on the sound speed of the material.
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